EE261 Lecture 13
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这次回顾第十三讲,这一讲开始引入分布的傅里叶变换。
分布的傅里叶变换
现在考虑分布的傅里叶变换
假设积分都存在,由定义,我们有
所以
上式即为分布的傅里叶变换的定义。
类似的,定义傅里叶逆变换为
在上述定义下,我们有
下面验证第一个等式
在上述定义下,我们依然有傅里叶变换的线性性
证明直接由定义即可
$1$和$\delta $的傅里叶变换
现在考虑$\delta $的傅里叶变换,我们有
注意到我们有
另一方面
所以结论得证。
接着考虑$1$的傅里叶变换,我们有
由定义可得
考虑$ \mathcal{F} \varphi$的傅里叶逆变换在$0$的值,
而
所以
$e^{2 \pi i x a}$和$\delta_a$的傅里叶变换
考虑$\delta_a$定义的傅里叶变换,其中$\delta_a $的定义为
我们有
即
接着考虑$e^{2 \pi i x a}$的傅里叶变换,结论为
这是因为
最后一项可以看成$\mathcal F \varphi$的傅里叶逆变换在$a$处的值,所以
从而结论成立。
$\sin$和$\cos$的傅里叶变换
利用$\delta_a$的傅里叶变换,我们可得
反之,
微分运算
假设
那么
结合速降函数性质,我们由此给出分布函数导数的定义
显然导数的线性性满足,这里不再复述。
单位跃迁函数的导数
考虑单位跃迁函数
那么
考虑其导数,我们得到
从而
即
单位坡道(ramp)函数的导数
考虑单位坡道函数
计算其导数可得
所以
$\text{sign}$函数的导数
考虑$\text{sign}$函数
计算其导数得到
即
$\delta$函数的导数
包含经典傅里叶变换的广义傅里叶变换
考虑$\mathcal F_f$定义的增缓分布,
根据傅里叶变换的定义,我们有
所以
对偶性
回顾对偶性
回顾之前的记号
利用上述记号,之前的结论变成
利用后两个结论可得
推广
现在考虑增缓分布的情形
即
接着定义$(T_f)^-$
所以
一般的,假设$T$是分布,根据下式定义reversed distribution
性质
所以
同理可得
再看几个例子
所以
最后,我们有
对上述两式分别作用$\mathcal F, \mathcal F^{-}$可得
奇偶分布
我们称分布$T$是偶分布,如果$T^-=T$;奇分布如果$T^-=-T$
注意到$f(x)$决定了分布$T_f$,分布的奇偶性和$f$相同:
偶分布的例子
$\delta $是偶分布
上述事实可以推导
推导如下
傅里叶变换的奇偶性
傅里叶变换产生的分布的奇偶性和原分布相同,这是因为
$\sin c$的傅里叶变换
函数和分布相乘
考虑函数和分布相乘决定的分布
由此引入定义:
假设$T$是分布,$g$是速降函数,那么分布$gT$定义为
函数乘以$\delta $
因此
特别的,我们有
类似的,我们证明
这是因为
对于函数乘以$\delta$,给出更强的结论:
- 如果$T$是分布,$xT=0$,那么$T=c\delta$
首先,我们有
令
即
特别的,如果$\psi(0)=1$,那么
现在上述事实证明之前的结论。
假设$xT=0$,那么
固定函数$\varphi_0$,其满足$\varphi_0(0)=1$,那么
利用恒等式,我们可得
而
这意味着
即
那么
因此